Перегляд вихідного коду сторінки Колесо

{{unibox}}[[Файл:Kroenungswagen k.jpg|thumb|Колесо карети. Музей у [[Віль (Північний Рейн-Вестфалія)|Вілі]]]]
[[Файл:Lunokhod suspension system.jpg|thumb|Колеса космічного апарата]]
{{Otheruses}}
'''Ко́лесо''', '''ко́ло'''<ref>{{СУМ-11|Коло}}</ref>&nbsp;— це [[деталь машини]], [[механізм]]у чи пристрою у вигляді кола зі спицями або диска, що обертається навколо своєї осі і забезпечує передавання та підтримання руху<ref name=SUM>{{СУМ-11|Колесо}}&nbsp;— С. 219.</ref>. Колесо вважається [[Простий механізм|простим механізмом]], коли воно насаджене на фіксовану або рухому [[вісь]], яка проходить через його центр&nbsp;— для створення [[Механічна передача|механічної передачі]]. Воно також є однією з основних деталей простого механізму&nbsp;— [[Коловорот (простий механізм)|коловорота]]<ref>[http://hohlopedia.org.ua/slovnyk_synonimiv_karavanskogo/page/kolovorot.10440/ «Коловорот» в «УСЕ»] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131212003041/http://hohlopedia.org.ua/slovnyk_synonimiv_karavanskogo/page/kolovorot.10440/ |date=12 грудня 2013 }}, де [http://eslovnyk.com/корба корба] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160305143233/http://eslovnyk.com/корба |date=5 березня 2016 }}&nbsp;— це колесо (з ручкою або без)</ref>, призначеного для перетворення [[Поступальний рух|поступального руху]] в [[обертання|обертовий]] і навпаки. Винахід колеса приблизно 6 тисяч років тому був значним кроком у технічному поступі людства. Сьогодні найчастіше колесо використовується у транспортних засобах&nbsp;— [[автомобіль|автомобілях]], [[поїзд]]ах, [[велосипед]]ах, самокатах, кінних возах, а також як шасі у літаках, вертольотах тощо.

== Етимологія ==
Слово ''колесо'' походить від {{lang-orv|колеса}}&nbsp;— множини слова {{lang-orv2|коло}}, де [[Відмінок в українській мові#Тип з основою на приголосний|суфікс-нарощення]] {{lang-cu2|-ес-}} став сприйматися як складова кореня. Споріднене з {{lang-bg|кола}}&nbsp;— «віз», {{lang-sl|kolô}}, {{lang-cs|kolo}}, {{lang-sk|kolo}}, {{lang-pl|koło}}, {{lang-hsb|koleso}}, {{lang-dsb|kόlaso}}. Це одне з найдавніших загальнослов'янських слів: {{lang-x-slav|*kolo}} виводять від {{lang-x-ie|*k<sup>w</sup>ek<sup>w</sup>lo-}} і вважають спорідненим з [[прусська мова|прус.]] ''-kelan'' (у сполученні ''maluna-kelan''&nbsp;— «млинове колесо»), {{lang-grc|πόλος}}&nbsp;— «вісь», {{lang-is|hvel}}&nbsp;— «колесо», {{lang-en|wheel}}, {{lang-ang|hvéol}}&nbsp;— «колесо», {{lang-el|πολέω}}&nbsp;— «рухаюсь довкола», {{lang-la|colō}}&nbsp;— «обробляю, населяю»<ref>{{ЕСУМ2}}</ref><ref>{{cite encyclopedia|title=wheel|encyclopedia=Online Etymology Dictionary|url=http://www.etymonline.com/index.php?term=wheel|accessdate=16 березня 2011|archivedate=3 липня 2017|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170703044245/http://www.etymonline.com/index.php?term=wheel}}</ref>.

== Будова ==
Колесо&nbsp;— це об'єкт круглої дископодібної форми, що має можливість обертатися навколо своєї осі. Для зменшення маси колесо часто виготовляють із зовнішнім [[обід (колесо)|ободом]], який кріпиться до [[маточина|маточини]] радіальними [[спиця]]ми або диском.

== Принцип дії ==
[[Файл:Trier Bahnhof Triebachse Baureihe 44.jpg|thumb|[[Колісна пара]] залізничного локомотива, встановлена як монумент у [[Трір]]і, [[Німеччина]]]]
При перетворенні поступального руху в обертову тягу сила прикладається перпендикулярно до осі. Тяга забезпечується зовнішньою силою, наприклад, кіньми. В такому випадку призначення колеса&nbsp;— зменшення [[сила тертя|сили тертя]]. Це зменшення забезпечується заміною [[тертя ковзання]] [[тертя кочення|тертям кочення]]. Тертя кочення набагато менше, ніж тертя ковзання.

При перетворенні обертового руху в поступальний до осі колеса прикладається [[крутильний момент]]. У цьому випадку використовується [[тертя спокою]], яке набагато більше, ніж тертя кочення. Колесо неефективне, якщо воно проковзує на поверхні ([[Буксування|пробуксовує]]).

Часто в механічних екіпажах використовуються обидва типи перетворення: є колеса з приводом, і колеса, що зменшують тертя. Так, наприклад, [[локомотив]] у довгому [[поїзд]]і використовує тертя спокою, що дозволяє йому тягнути за собою понад 20 [[вагон]]ів, на колеса яких діє тертя кочення.

Колесо істотно зменшує витрати енергії на переміщення вантажу по відносно рівній поверхні. При використанні колеса робота здійснюється проти сили тертя кочення, яка в штучних умовах доріг істотно менша, ніж [[сила тертя]] ковзання.

== Історія ==
[[Файл:Roue primitive.png|thumb|Колесо візка, виготовлене із дерев'яної колоди]]
[[Файл:Ur chariot.jpg|thumb|Зображення воза, запряженого [[онагр (тварина)|онаграми]] на шумерському «[[Штандарт війни і мир|Штандарті війни і миру]]» (бл. 2500 до н.&nbsp;е.)]]
[[Файл:Chariot spread.png|міні|ліворуч|Поширення бойової колісниці на спицевих колесах по Євразії в Бронзову добу з району [[Сінташтинська культура|Сінташтинської культури]] на південному Уралі]]
[[Файл:Remojadas Wheeled Figurine.jpg|thumb|Іграшка з коліщатками. Мексика (здогадно штат [[Веракрус (штат)|Веракрус]]), I тис. н.&nbsp;е.]]
Довгий час поширеною була версія, що колесо вперше винайдене [[Шумери|шумерами]] в [[Межиріччя|Межиріччі]] наприкінці 4 тис. до н.&nbsp;е., звідки й поширилося по Євразії та Північній Африці. Але археологічні знахідки кінця XX&nbsp;ст. свідчать про те, що механізм колеса, швидше за все, був винайдений на території Центральної Європи, а вже звідти потрапив на [[Близький Схід]]{{джерело?}}.

Найперші зображення механізму колеса та возів знайдені на території сучасної [[Польща|Польщі]], [[Румунія|Румунії]] та в євразійських степах. На думку фінського вченого Аско Парполи, індолога з Гельсінківського університету, існують лінгвістичні причини вважати, що колесо виникло в [[Трипільська культура|Трипільській культурі]] на території сучасної України<ref name="комп'юлента.ру">{{Cite web |url=http://science.compulenta.ru/665561/ |title=Почему колесо изобрели так поздно? |accessdate=7 березня 2012 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120307191917/http://science.compulenta.ru/665561/ |archivedate=7 березня 2012 |deadurl=yes }}</ref>. Версію про європейське походження колеса висунув у 1990-х німецький вчений А. Хойслер. Про знахідки моделей коліс у розкопках трипільських поселень останньої чверті 5 тис. до н.&nbsp;е. (за тисячоліття до відповідних знахідок у Месопотамії) повідомляв ще у 1981&nbsp;р. у наукових публікаціях румунський археолог Діну. Звідси інновація швидко поширилася по Європі: свідчення існування колеса зустрічаються у поселеннях [[Зюшен]] (Німеччина), [[Броноциці]] (Польща), рештки возів знайдені наприкінці 1980-х на території [[Краснодарський край|Краснодарського краю]] Росії датуванням серединою 4 тис. до н.&nbsp;е.<ref>{{Cite web |url=http://www.mk.ru/daily/newspaper/article/2011/06/16/597841-koleso-izobreli-ne-na-vostoke.html |title=Колесо изобрели не на Востоке |accessdate=7 березня 2012 |archive-date=12 грудня 2013 |archive-url=https://web.archive.org/web/20131212180406/http://www.mk.ru/daily/newspaper/article/2011/06/16/597841-koleso-izobreli-ne-na-vostoke.html }}</ref> Найдавніше з відомих коліс [[дерев'яне колесо з люблянських боліт|знайдене в болоті неподалік від Любляни]] в 2002&nbsp;р. і вік його оцінюється в 5150 років<ref>Gasser, Aleksander (March 2003). [https://web.archive.org/web/20160826021129/http://www.ukom.gov.si/en/media_room/background_information/culture/worlds_oldest_wheel_found_in_slovenia/  «World's Oldest Wheel Found in Slovenia»] Government Communication Office of the Republic of Slovenia.</ref>.

Наступні згадки про колесо зустрічаються у Месопотамії у кінці 4-ого тисячоліття до н.&nbsp;е. Попередниками колеса можна вважати відомий до цього дерев'яний коток, котрий підкладався під вантаж при пересуванні. Початково колесо було дерев'яним диском, настромленим на [[вісь]] і зафіксованим [[клин (механіка)|клином]]. Зображення [[сани|санок]] з коліщатами (3000&nbsp;р. до н.&nbsp;е.) знайдені в [[Месопотамія|Межиріччі]] у шумерському місті [[Урук]]. До 2700 року до н.&nbsp;е. там же з'являються малюнки [[віз|возів]]. У той же час [[шумери]] починають ховати своїх царів разом із [[колісниця]]ми. Ці поховання відшукані в [[Кіш (Шумер)|Кіші]], [[Ур]]і, в [[елам]]ському місті [[Сузи]]. У 2-му тисячолітті до н.&nbsp;е. конструкція його вдосконалюється: у Малій Азії з'являється колесо зі [[спиця]]ми, [[Маточина|маточиною]] та гнутим [[обід (колесо)|ободом]]. Пізніше, у 1-му тисячолітті до н.&nbsp;е. [[кельти]] для підвищення міцності коліс своїх колісниць стали застосовувати металевий обід; надалі конструкція колеса не зазнавала особливих змін аж до кінця XIX&nbsp;ст., коли металеві шини були замінені [[Автошина|гумовими шинами]] для амортизації.

Колісного транспорту не знали у [[Культура доколумбової Америки|цивілізаціях доколумбової Америки]], хоча відомо чимало артефактів з коліщатками, які очевидно, були дитячими іграшками. Знайдені на розкопках у Мексиці, деякі з них датуються близько 1 500&nbsp;р. до н.&nbsp;е.<ref>
{{cite journal|
title=Wheeled Toys in Mexico| url=https://archive.org/details/sim_american-antiquity_1946-04_11_4/page/222|
jstor=275722|
last=Ekholm|
first=Gordon F|
journal=American Antiquity|
volume= 11|
number=4|
pages=222–228|
date=April 1946}}
</ref>. Припускають, що основною причиною невживання колеса в господарстві стала відсутність у Новому Світі тварин, яких можна було використовувати як упряжних<ref>{{cite book |last=Diamond |first=Jared |date=1999 |title=Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies |url=https://archive.org/details/gunsgermssteelfa00diamrich|location=New York |publisher=Norton |page=[https://archive.org/details/gunsgermssteelfa00diamrich/page/n252 237] |isbn=978-0-393-31755-8 |author-link= }}</ref>.

Також до приходу європейців коліс не знали корінні народи [[Австралія|Австралії]] і південної [[Африка|Африки]].

Винахід колеса сприяв розвитку ремесел. Колесо було застосовано в [[гончарний круг|гончарному крузі]], [[млин]]і, [[самопрядка|прядці]], [[токарний верстат|токарному верстаті]], у [[іригаційні споруди|іригаційних спорудах]], на [[мануфактура|мануфактурних]] фабриках, [[родовище|родовищах]] тощо Застосовувалися також [[Водяне колесо|водяні колеса]].

Винахід колеса дав поштовх і до розвитку науки загалом. Так, воно застосовується в [[астролябія|астролябії]] та інших наукових інструментах. У механіці широко використовується [[зубчасте колесо]].

Важливе значення колеса у господарській сфері відбилося в його метафоричному обожненні у вигляді «Вічного повернення», «[[колесо Сансари|колеса Сансари»]], [[реінкарнація|реінкарнації]] і&nbsp;т.&nbsp;д. У різноманітних культурах колесо є символом руху сонця, у [[буддизм]]і воно символізує закон та істину, симетричність і досконалість [[Дхарма|Дхарми]], мирні зміни. Крилате колесо асоціюється зі швидкістю, колесо колісниці&nbsp;— з правлінням та владою. У греко-римській мітології колесо з шістьма спицями&nbsp;— атрибут [[Зевс]]а ([[Юпітер (міфологія)|Юпітера]]) як небесного бога.

== Різновиди коліс ==
[[Файл:Velg auto.jpg|thumb|175px|Колесо сучасного автомобіля]]
[[Файл:Tekerlek.jpg|thumb|Суцільне дерев'яне колесо]]

=== Колесо транспортного засобу ===
Колесо є основним конструктивним елементом, що забезпечує пересування транспортного засобу (починаючи від старовинного візка, закінчуючи сучасними автомобілями) по твердій поверхні. Колесо може бути ведучим і веденим. У першому випадку колесо виступає рушієм і перетворює механічну енергію від двигуна через приводні вали та механізми у механічну енергію руху транспортного засобу шляхом взаємодії з поверхнею пересування (наприклад, дорожнім покриттям чи поверхню рейки). У другому випадку колесо виконує лише функцію заміни тертя ковзання тертям кочення в умовах руху транспортного засобу.

Крім вказаних функцій, колесо у транспортному засобі може бути керованим і виконувати функцію зміни напряму руху шляхом повертання (з використанням механізму кермування) колеса навколо осі (див. наприклад, [[шворінь]]), яка близька до перпендикуляра до поверхні пересування.

Ведені колеса можуть бути жорстко посадженими на вісь і обертатись разом з нею, а якщо їх два на одній осі, то вони утворюють [[колісна пара|колісну пару]], як у залізничних вагонах, а можуть мати нерухому вісь ([[цапфа|цапфу]]) і обертатись навколо неї з використанням підшипників. Тягові колеса, крім цього, повинні сприймати [[крутний момент]] від [[трансмісія|трансмісії]] через [[шпонкове з'єднання|шпонкові]], [[шліцьове з'єднання|шліцьові]] чи [[шарнір]]ні з'єднання для урухомлення транспортного засобу.

Конструктивно колесо транспортного засобу складається з [[маточина|маточини]] й [[обід (колесо)|обода]], які сполучені між собою диском або [[спиця]]ми. Зазвичай, на зовнішній частині обода встановлюється [[автошина|шина]] з еластичного матеріалу (гуми), яка може бути порожнистою і заповненою стисненим повітрям (газом). Важливим елементом шини є її профіль (повнопрофільна, низькопрофільна, [[пневмокоток]] тощо) та вид і стан протектора&nbsp;— конфігурація рельєфу поверхні шини, що контактує з дорожньою поверхнею.

==== Дерев'яне колесо ====
[[Файл:Wheel of an old horse carriage.jpg|thumb|Дерев'яне колесо зі спицями]]
Дерев'яні колеса можуть бути у вигляді суцільних дисків (найбільш архаїчні) і класичної конструкції&nbsp;— з маточиною, [[обід (колесо)|ободом]] і [[спиця]]ми. В українських [[віз|возах]] використовувалися тільки колеса з гнутими ободами, які згинали навколо круглих стовпців (так званих ''пеньків'')<ref>{{Грінченко|Пеньок|37048-penok.html#show_point}}</ref>. По центрі пенька була скоба (''вухо''), у яку вставляли кінець довгого важеля, прави́ла (яке називалося ''повідня'')<ref>{{Грінченко|Повідня|40765-povidnja.html#show_point}}</ref> Розпарену заготовку обода кріпили нерухомо одним кінцем до пенька збоку, а другим за допомогою мотузки чи жердини з гаком (''кужби'')<ref>{{Грінченко|Кужба|25135-kuzhba.html#show_point}}</ref> прив'язували до повідні. Повертаючи вручну чи за допомогою упряжних тварин повідню з прикріпленою до неї заготовкою, поступово згинали майбутній о́бід навколо пенька в кільце. Кінці обода («заворотичі») з'єднували разом, спицями до нього кріпили ''маточину'' («колодку», «голову»), а на зовнішню поверхню натягали ''шину''&nbsp;— сталевий обруч, прибиваючи її ''шиналями''&nbsp;— спеціальними цвяхами<ref>{{Грінченко|Шиналь|65765-shynal.html#show_point}}</ref>, і додатково укріпляли 4-5 ''вірвантами'' («урвантами»)<ref>{{Грінченко|Вірвант|7608-virvant.html#show_point}}</ref><ref>{{Грінченко|Урвант|61279-urvant.html#show_point}}</ref>&nbsp;— металевими скобами, прибитими цвяхами&nbsp;— ''заволічками (лютами)''<ref>{{Грінченко|Заволічка|16001-zavolichka.html#show_point}}</ref><ref>{{Грінченко|Лют|27210-ljut.html#show_point}}</ref>. Колесо надівали на кінець осі, («рукав») і фіксували ''[[загвіздок|загвіздком]]''<ref>{{Грінченко|Загвіздок|16139-zaghvizdok.html#show_point}}</ref>&nbsp;— дерев'яною чи металевою чекою. Для зменшення тертя втулку маточини і кінець осі змащували [[коломазь|коломаззю]]. Зараз виробництво дерев'яних коліс механізоване, маточини виконують металевими, спорядженими звичайними [[вальниця]]ми.

Майстрів, що виробляли колеса, називали [[стельмах]]ами, колодіями, колісниками.

==== Автомобільне колесо ====
{{Основна стаття|Автомобільне колесо}}

==== Залізничне колесо ====
{{Основна стаття|Колісна пара}}
Колеса, використовувані в залізничному транспорті, виготовляють у вигляді колісних пар&nbsp;— сталевих дисків, з'єднаних сталевою віссю. Залежно від конструкції розрізняють цільні й бандажні колеса.

Цільне колесо виготовляється з однієї заготовки й має три основні конструкційні елементи: диск, маточину й [[обід (колесо)|обід]]. Диск з'єднує маточину з ободом, маточина призначена для з'єднання колеса з віссю, а споряджений [[реборда|ребордою]] обід безпосередньо контактує з рейкою. Залежно від способу виготовлення виділяють цільнокатані (оброблювані на [[вальцювальний стан|прокатних станах]]) і цільнолиті колеса. Бандажне колесо складається з двох окремих деталей: диска і надітого на нього [[бандаж (техніка)|бандажу]]. Диски зазвичай виготовляють литими, бандажі&nbsp;— [[кування]]м, [[штампування]]м або [[вальцювання]]м.

Характерною рисою залізничного колеса є його профіль у формі [[зрізаний конус|зрізаного конуса]], який забезпечує необхідне для повороту диференціювання зовнішніх і внутрішніх коліс: при повороті внутрішні колеса котяться по рейці ділянкою меншого діаметру, отже, проходять при однаковому із зовнішніми колесами числом обертів (що неминуче при використовуванні колісної пари, в якої відсутній [[диференціал (механіка)|диференціал]]) менший шлях. Зміщення залізничного колеса від серединного положення до ділянки найбільшого чи найменшого діаметру становить близько 3&nbsp;см.

=== Водяне колесо ===
[[Файл:Waterwheel 2.png|thumb|175px|Наливне водяне колесо]]
{{Main|Водяне колесо}}
''Водяне колесо''&nbsp;— це механічний [[пристрій]], який перетворює [[енергія|енергію]] потоку води або енергію піднятої води ([[гідроенергія]]), в [[обертовий рух]] який може використовуватись в інших механізмах (наприклад, [[водяний млин|водяних млинах]], водяних [[лісопильня]]х).

Водяне колесо це велике дерев'яне або металеве колесо з лопатями або ковшами на зовнішній поверхні обода. Лопаті (ковші) утворюють рушійну поверхню. Найчастіше, колесо монтується вертикально на горизонтальній осі, але так зване норвезьке колесо встановлюється горизонтально на вертикальній осі. Вертикальні колеса можуть передавати енергію механізмам через вал із зубчастим колесом і, зазвичай, приводні ремені. Горизонтальні колеса здебільшого використовуються для безпосереднього привода механізмів.

Розрізняють три основні види водяного колеса для перетворення гідроенергії в енергію обертового руху:
* підливне (нижньобійне) водяне колесо, [[коефіцієнт корисної дії]] до 35&nbsp;%;
* наливне (верхньобійне), [[коефіцієнт корисної дії]] до 85&nbsp;%;
* середньобійне, [[коефіцієнт корисної дії]] до 75&nbsp;%.

Водяні колеса є складовою піднімних пристроїв&nbsp;— [[норія|норій]], [[чигир]]ів.

Зворотне перетворення застосовувалося в [[гребне колесо|гребних колесах]] на водних транспортних засобах.

=== Гребне колесо ===
[[Файл:Paddle wheel small.jpg|thumb|175px|Гребне колесо (ліворуч) і місце, де воно розташовується на пароплаві (праворуч)]]
[[Файл:P307.jpg|thumb|175px|Типове [[махове колесо]] (маховик) автомобільного двигуна]]
[[Файл:Gears animation.gif|frame|Зубчасті колеса у зубчастих передачах]]
{{основна стаття|Гребне колесо}}
''Гребне колесо''&nbsp;— вид рушія, що використовувався здавна для приведення в рух річкових та морських суден. Має вигляд великого колеса, оснащеного лопатями, зануреними у нижній частині колеса у воду.
Гребне колесо за будовою є ідентичним до нижньобійного водяного колеса, з тією різницею, що не вода урухомлює його, а навпаки, колесо використовується для створення руху при взаємодії його лопатей з водою.

Існувало два основні різновиди гребних коліс: кормові, розташовані за кормою судна і бортові, що попарно розташовувались з боків судна.

=== Ступальне колесо ===
{{основна стаття|Ступальне колесо}}
Ступальне колесо&nbsp;— ходове колесо з внутрішніми сходами, що розташовані на дерев'яному валу. Застосовувалося як привод у різноманітних машинах до появи парових й електричних двигунів.

=== Махове колесо ===
{{Main|Махове колесо}}
''Махове колесо (маховик)''&nbsp;— масивна обертова [[деталь машини|деталь]] з великим [[момент інерції|моментом інерції]] у вигляді диска або колеса, що встановлюється на ведучому валу [[машина|машини]] для зменшення нерівномірності його обертання при усталеному русі. Маховик акумулює (нагромаджує) [[кінетична енергія|кінетичну енергію]] в період прискорення руху і віддає її при сповільненні.

Використання махового колеса як в простих конструкціях ([[гончарний круг]]), так і в [[поршневий двигун|поршневих двигунах]], [[компресор]]ах, [[насос]]ах та інших машинах забезпечує рівномірність обертання вала. В поршневих двигунах маховик, крім того, дає змогу [[поршень|поршню]] долати крайні положення («[[мертва точка|мертві точки]]»). В інерційних двигунах нагромаджена маховиком енергія використовується для привода транспортного засобу ([[жиробус]]).

=== Зубчасте колесо ===
{{Main|Зубчасте колесо}}
''Зубчасте колесо (шестірня, триб) ''&nbsp;— основна деталь [[зубчаста передача|зубчастої передачі]] у вигляді диска з зубцями на [[циліндрична поверхня|циліндричній]] або конічній поверхні, що входять в зачеплення із зубами іншого зубчастого колеса.

У машинобудуванні прийнято мале зубчасте колесо з меншим числом зубів називати ''шестернею'', а велике&nbsp;— ''колесом''. Однак часто усі зубчасті колеса називають шестернями. Зубчасті колеса зазвичай використовуються парами з різним числом зубів з метою перетворення обертального моменту і частоти обертання валів на вході і виході. Колесо, до якого [[крутний момент]] підводиться ззовні, називається ведучим, а колесо, з якого крутний момент знімається&nbsp;— веденим. Якщо діаметр ведучого колеса є меншим, то крутний момент веденого колеса є більшим за рахунок пропорційного зменшення швидкості обертання, і навпаки. Відповідно до передавального відношення, збільшення крутного моменту викликатиме пропорційне зменшення кутової швидкості обертання веденої шестерні, а їх добуток&nbsp;— механічна потужність&nbsp;— залишиться незмінним, якщо не враховувати втрати на тертя.

=== Давні й сучасні артефакти колеса ===
<gallery perrow="5">
File:Ur wheel.jpg | Диск колеса [[бронзова доба|бронзової доби]] на [[штандарт Уру|штандарті Уру]] (приблизно 4500 років тому)
File:Linear B Syllable B077 KA.svg | Колесо сторогрецької [[колісниця|колісниці]] із чотирма спицями як [[гліф]] [[Лінійне письмо Б|лінійного письма Б]]. Стародавні греки використовували колеса ще 3,5 тисячі років тому. Колеса [[хетти|хеттських]] та [[Стародавній Єгипет|єгипетських]] колісниць здебільшого мали шість спиць, тоді як [[ассирійці]] [[залізна доба|залізної доби]] використовували вісім
File:Radanhaenger-edited.jpg | Знайдені біля [[Цюрих]]а кулони у вигляді коліс із розкопок [[Культура полів поховальних урн|культури полів поховальних урн]] бронзової доби (приблизно 3200 років тому). [[Швейцарський національний музей]]
File:Wheel Iran.jpg | [[Елам]]ське колесо зі спицями початку залізної доби (приблизно 3500 років тому). [[Національний музей Ірану]] 
File:Etruscan chariot wheel.jpg | Колесо [[Етруська колісниця|етруської колісниці]] (приблизно 2530 років тому)
File:Hub (PSF).png | Класичне колесо зі спицями й маточиною та залізним ободом. Люди використовували такі колеса з початку залізної доби в Європі, приблизно 2500 років тому, аж по 20 століття
File:Columbia Expert, 52 inch, 1882.JPG | Велосипед [[пенні-фартинг]] (1882)
File:Aprilia disc brake.jpg| Колесо сучасного мотоцикла із сплаву з нездувною шиною та [[дискове гальмо|дисковим гальмом]]
File:Tweel.JPG | Безповітряна шина "[[Tweel]]" фірми [[Michelin]] (2005)
Файл:Meacnum Rad.png|[[Колесо Ілона|Шведське колесо (колесо Ілона)]], винайдене у 1973 році
</gallery>

== Механіка колеса ==
[[Файл:Moglfm2206 rodadura.jpg|thumb|200px|Довжина x шляху, який пройде колесо радіусом R при повертанні на кут ''θ'']]
[[Файл:Moglfm2207 rodadura.jpg|thumb|200px|Розподіл швидкостей на колесі при його коченні по поверхні. Точка ''O''&nbsp;— миттєвий центр швидкостей]]
[[Файл:Moglfm2208 rodadura.jpg|thumb|400px|Рух кочення колеса як сума переносного (обертального навколо геометричної осі ''C'') і поступального (паралельно до площини кочення) рухів]]
[[Файл:Tarcie toczne reakcja.svg|thumb|200px|<math>Rp</math>&nbsp;— асиметрична реакція поверхні кочення; <math>N</math>&nbsp;— притискна сила; <math>P</math>&nbsp;— тягнуча сила; сума векторів сил <math>Rp+N+P=0</math>; <math>F_t=-P</math> є силою тертя кочення, що протидіє рухові]]
[[Файл:Sila tarcia tocznego.svg|thumb|200px|<math>P</math>&nbsp;— тягнуча сила; <math>F_t</math>&nbsp;— сила тертя; <math>R</math>&nbsp;— радіус тіла кочення; <math>F_t=P</math>;]]
[[Файл:F tarcie toczne.svg|thumb|200px|Момент тертя <math>M_t=N\cdot f</math> що діє проти годинникової стрілки&nbsp;— гальмує кочення колеса «вправо»; <math>N</math>&nbsp;— зусилля притиску; <math>f</math>&nbsp;— коефіцієнт тертя кочення дорівнює довжині плеча моменту сили <math>N</math>]]
Розглянемо кочення колеса по площині. Обід колеса і площина кочення будемо вважати абсолютно жорсткими. В цьому випадку обід колеса має контакт з площиною кочення по лінії, яка є нормальною до площини креслення і проходить через точку контакту. У реальних умовах внаслідок неминучих деформацій обода колеса і площини лінія контакту перетворюється у площину контакту.

=== Геометрія колеса ===
Геометрія колеса ґрунтується на геометрії [[коло|кола]]. Параметри кола такі:
* ''[[Діаметр]] D'' або ''[[радіус]] R''. Колеса зазвичай визначаються своїм діаметром, так як він визначає їх максимальний габарит і, отже, є важливим фактором у питаннях величин габаритних розмірів механізмів де вони використовуються.
* ''[[Периметр]] p''. Він відповідає довжині кола по зовнішній поверхні колеса і визначає відстань, яку проходить колесо по площині за один оберт. Периметр залежить від діаметра (радіуса) таким чином:
: <math>{p}=\pi \cdot {D} = 2\pi \cdot {R}</math>
Довжина шляху, який пройде колесо при повороті на кут <math>\theta</math> за відсутності проковзування:
: <math>x=\theta \cdot R.</math>

=== Кінематика колеса ===
Для випадку, який розглядається, рух колеса можна вважати плоским, тому однією з характеристик цього руху може слугувати [[миттєвий центр швидкостей]]. Залежно від умов кочення колеса миттєва вісь обертання і її перетин з площиною рисунка&nbsp;— миттєвий центр обертання займає різні положення. При розташуванні миттєвого центру обертання в точці ''О'' опорна поверхня колеса залишається нерухомою протягом нескінченно малого проміжку часу і абсолютна швидкість точки ''О'' обода дорівнює нулю. При розташуванні миттєвої осі обертання нижче від точки ''О'' опорна поверхня колеса переміщається по напрямку його поступального руху. Таке переміщення називається ''проковзуванням''. При положенні миттєвої осі обертання вище від точки ''О'' опорна поверхня колеса переміщається проти напрямку його руху. Таке переміщення називається ''буксуванням''. Припустимо, що кочення колеса відбувається при відсутності проковзування й буксування, тобто миттєва вісь обертання збігається з опорною лінією в точці ''О''.

Обертання колеса навколо миттєвої осі обертання ''О'' с кутовою швидкістю ''ω'' можна розкласти на переносний поступальний рух зі швидкістю ''V'', чисельно рівною шляху, що пройде колесо за одиницю часу, і відносний обертальний рух колеса з кутовою швидкістю ''ω'' навколо його геометричної осі ''C''. Вектор швидкості точки обода колеса в переносному поступальному русі спрямований в бік руху і паралельний до опорної поверхні; вектор швидкості у відносному русі спрямований убік обертання колеса по дотичній до точки обода і чисельно дорівнює добутку кутової його швидкості ''ω'' на радіус ''R''. Результуюча швидкість будь-якої точки колеса визначається геометричним додаванням векторів швидкостей зазначеної точки в переносному і відносному рухах.

У векторному записі для довільної точки на колесі це має такий вигляд:
: <math> \mathbf{v}= \mathbf{r} \times \mathbf {\omega},</math>
де <math> \mathbf {r}</math>&nbsp;— радіус-вектор, проведений від точки контакту до заданої точки на колесі;
: <math> \mathbf {\omega}</math>&nbsp;— кутова швидкість обертання колеса.

=== Динаміка колеса ===
{{Main|Тертя кочення}}
На колесо, що котиться по поверхні діють [[сила|сили]]:
: <math>\mathbf {P}</math>&nbsp;— тягнуча сила, що прикладена до осі колеса;
: <math>\mathbf {N}</math>&nbsp;— сила притискування колеса до поверхні кочення;
: <math>\mathbf {R_p}</math>&nbsp;— асиметрична сила реакції поверхні кочення.
Якщо векторна сума цих сил дорівнює нулю, то колесо рухається рівномірно прямолінійно.
: <math> \mathbf {N} + \mathbf {P} + \mathbf {R_p} = 0 \,</math>

Це означає що вертикальна складова сили реакції зрівноважується притискною силою, а горизонтальна складова <math>\mathbf {F_t}</math> зрівноважує тягнучу силу, роблячи спротив рухові колеса і за аналогією до тертя ковзання називається ''силою тертя кочення'': <math> \mathbf {F_t} = -\mathbf {P} \,</math>.

Рівномірне кочення означає, також, що сума моментів сил відносно довільної точки дорівнює нулю. З рівноваги моментів сил зображених відносно центру колеса випливає:
: <math>F_t \cdot R = N \cdot f</math>
Звідки випливає:
: <math> F_t = \frac f R \cdot N\,</math>
де:<math> F_t</math>&nbsp;— сила тертя кочення;
: ''f''&nbsp;— [[коефіцієнт тертя]] кочення, одиниці вимірювання [[метр]];
: ''R''&nbsp;— радіус колеса;
: ''N''&nbsp;— притискна сила колеса до поверхні.

Ця залежність підтверджується експериментально. Для малої швидкості кочення сила тертя кочення не залежить від цієї швидкості. Коли швидкість кочення досягає значень, коли швидкість утворення деформації стає порівняльною із швидкістю поширення деформації в матеріалі, тертя кочення різко зростає і навіть може перевищити тертя ковзання за аналогічних умов.


== Цікаві факти ==
* У липні [[2001]] року на колесо був отриманий інноваційний [[патент]] з таким формулюванням: «круглий пристрій, що застосовується для транспортування вантажів»<ref>{{Cite web |url=http://news.bbc.co.uk/hi/english/world/asia-pacific/newsid_1418000/1418165.stm |title=BBC News {{!}} ASIA-PACIFIC {{!}} Lawyer moves to patent wheel |accessdate=30 жовтня 2011 |archive-date=15 лютого 2002 |archive-url=https://web.archive.org/web/20020215193838/http://news.bbc.co.uk/hi/english/world/asia-pacific/newsid_1418000/1418165.stm }}</ref>. Цей патент був виданий [[John Keogh|Джону Кео]], юристу з [[Мельбурн]]а, який хотів тим самим показати недосконалість австралійського патентного закону.
* У 1975 році інженер шведської компанії «Mecanum AB» Бенгт Ілон ({{lang-sv|Bengt Erland Ilon}}) отримав патент США<ref>''Bengt Erland Ilon'' US Patent №&nbsp;3876255 [https://patents.google.com/patent/US3876255A/en Wheels for a course stable selfpropelling vehicle movable in any desired direction on the ground or some other base] April 8, 1975.</ref> на конструкцію всенаправленого ({{lang-en|omni wheel}}) колеса з роликами рівномірно розподіленими по ободу, через які відбувається взаємодія колеса із поверхнею переміщення, яке отримало назву «[[колесо Ілона]]». Таке колесо дозволяє транспортному засобу шляхом незалежного приведення у рух своїх коліс забезпечити контрольоване переміщення у будь-якому напрямі.
* Французька компанія [[Мішлен]] в [[2009]] році розробила придатне до масового випуску автомобільне колесо [[Active Wheel]] з вбудованими електродвигунами, що приводять у дію колесо, ресору, амортизатор і гальмо. Таким чином, ці колеса роблять непотрібними такі системи автомобіля: [[Двигун внутрішнього згоряння|двигун]], [[Зчеплення (механіка)|зчеплення]], [[Коробка передач|коробку передач]], [[Диференціал (механіка)|диференціал]], приводний і [[карданний вал]]<ref>[http://www.mobilisconference.com/uploads/2012/pdf/Michelin_Research_Technic_DP%20Mobilis_Nov%202012_EN.pdf Michelin Recherche et Technique at the 2012 Mobilis Conference. Press kit] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140908092717/http://www.mobilisconference.com/uploads/2012/pdf/Michelin_Research_Technic_DP%20Mobilis_Nov%202012_EN.pdf |date=8 вересня 2014 }}.&nbsp;— Mulhouse, France&nbsp;— November 2012.&nbsp;— 6 p.</ref>. Ідея [[Мотор-колесо|мотор-колеса]] не нова&nbsp;— вона була реалізована ще в кінці XIX століття [[Фердинанд Порше|Фердинандом Порше]] в [[Австро-Угорська імперія|Австро-Угорській імперії]], проте практичне застосування його зіткнулося з вельми серйозними труднощами, в результаті чого розповсюдження мотор-колеса носить нині вкрай обмежений характер ([[автосамоскид|кар'єрні самоскиди]], «[[Луноход]]» та інші планетоходи).
* У 1959 році американець А. Сфредд отримав патент на [[квадратне колесо]]. Воно легко йшло по снігу, піску, бруду, долало ями. Всупереч побоюванням, машина на таких колесах не «кульгала» і розвивала швидкість до 60 км/год.
* У [[Наукова фантастика|науково-фантастичному]] оповіданні [[Пол Андерсон|Пола Андерсона]] «Трикутне колесо»<ref>{{стаття
 |автор         = [[Пол Андерсон|''Anderson P.'']]
 |заголовок     = The Three-Cornered Wheel
 |мова          = en
 |видання       = [[Astounding Science Fiction|Analog Science Fact — Science Fiction]]
 |місце         = [[Нью-Йорк|New York]]
 |видавництво  = Condé Nast Publications
 |рік           = 1963/10
 |volume        = LXXII
 |номер         = 2
 |pages         = 50—69
}}</ref> екіпаж землян здійснив аварійну посадку на планеті, населення якої не використовувало колеса, оскільки все кругле перебувало під релігійною забороною. За сотні кілометрів від місця посадки попередня земна експедиція залишила склад із запасними частинами, але перенести звідти необхідний для корабля двотонний атомний генератор без будь-яких механізмів було неможливо. У результаті землянам вдалося дотримати табу і перевезти генератор, використовуючи котки з перетином у вигляді [[трикутник Рело|трикутника Рело]].

== Колесо в культурі ==
* Рух колеса асоціювався з рухом Сонця: звідси вислів «Колесом сонечко вгору йде»; така само символіка відбита в пісні ''«Крокове колесо вище тину стояло, Много дива видало.&nbsp;— Чи бачило, колесо, куди милий поїхав?»''; відомий обряд пускання з гори колеса, обмотаного запаленою соломою,&nbsp;— «щоб завжди сонце світило»<ref name="Жайворонок">{{книга|автор=[[Жайворонок Віталій Вікторович|Жайворонок В. В.]] |частина=Колесо|посилання частина=  http://ukrlit.org/slovnyk/zhaivoronok_znaky_ukrainskoi_etnokultury/колесо|заголовок= Знаки української етнокультури: Словник-довідник.|посилання=|відповідальний= |місце={{К.}} |видавництво=Довіра |рік=2006 |том= |сторінок= |сторінки=299|isbn=|ref =}}</ref>.
* У [[Галичина|Галичині]] відоме «вербове колесо»&nbsp;— коло дівчат у веснянкових та літніх обрядодіях<ref name="Жайворонок"/>.
* Колесо було також і оберегом, уподібнюючись [[чарівне коло|чарівному колу]]: так званим «борозенним колесом» обводили навколо засіяної ниви (аналогічно [[оборювання|оборюванню]]), надівали на кілок біля худоби<ref name="Жайворонок"/>.
* Колесо було й символом обережності («Оглядайся на задні колеса»), житейської мудрості («Задні колеса йдуть за передніми»), простоти й зручності («Чудеса&nbsp;— не колеса: самі котяться»)<ref name="Жайворонок"/>.
* Не зовсім ясним фольклорним символом є «криве колесо». Відома приказка «Мартин&nbsp;— криве колесо»: можливо це пов'язане з днем Мартина (9/22 листопада), коли випадає сніг і встановлюється санний шлях<ref name="Жайворонок"/>.
* Слово «колесо» могло вживатися в тому ж значенні, що й «[[козацьке коло]], круг»: «віщове́ (су́дне) колесо»&nbsp;— збори запорозьких козаків для суду над товаришами; «ра́дне колесо»&nbsp;— козацькі збори для розв'язання ділових питань<ref name="Жайворонок"/>.
* Існувала старовинна українська дитяча гра «дурне колесо»: діти, взявшись за руки, утворюють обертове коло, що постійно вивертається то всередину, то назовні<ref name="Жайворонок"/>.

=== Колесо у фразеологізмах<ref name=SUM /> ===
{{Кам'яний вік}}
* ''Вставляти (ставити) палиці (палицю) в колеса (в колесо)''&nbsp;— перешкоджати, заважати кому-небудь у чомусь.
* ''Десята спиця в колесі''&nbsp;— той, хто відіграє незначну роль у чомусь.
* ''На колесах бути (перебувати)''&nbsp;— перебувати в дорозі, їздити з одного місця в інше.
* ''Не остання спиця в колесі''&nbsp;— який відіграє певну роль у розв'язанні якоїсь справи, займає певне становище в суспільстві.
* ''Оглядатися (позирати) на задні колеса''&nbsp;— діяти обережно.
* ''П'яте колесо до воза (у возі)''&nbsp;— який є зайвим, непотрібним (про людину).
* ''Думки колесом закрутилися (заходили)''&nbsp;— переплуталися думки, зникла ясність у думках.
* ''Іти (піти) колесом''&nbsp;— про зміну подій у певній послідовності.
* ''Лити воду на чиєсь колесо''&nbsp;— діяти на чию-небудь користь.
* ''Зупинити (повернути назад) колесо історії''&nbsp;— зупинити закономірний хід історичного розвитку, вернутися до минулого.

== Див. також ==
* [[Ефект колеса]]
* [[Прості механізми]]
* [[Вісь]]
* [[Колісна пара]]
* [[Тертя кочення]]
* [[Оглядове колесо]]
* [[Стельмах]]
* [[Автошина]]
* [[Тачка]]
* [[Колесування]]
* [[Колесо Арістотеля]]

== Примітки ==
{{Примітки}}

== Джерела ==
* ''Кореняко А. С.'' Теорія механізмів і машин/ Під ред. М.&nbsp;К.&nbsp;Афанасьєва.&nbsp;— К.: Вища школа: Головне вид-во, 1987.&nbsp;— 206 с.

== Література ==
* ''Гусєв С. О.'' До питання про колесо в трипільській культурі // Археологія.&nbsp;— 1995.&nbsp;— Мо 1.&nbsp;— С. 69-74.
* ''Гусєв С. О.'' Транспорт трипільської культури // Тез. доп. звітної наук. конф. викладачів Вінницького педуніверситету за 1994&nbsp;р.&nbsp;— Вінниця, 1996.&nbsp;— С. 12-13.
* ''Гусєв С. О.'' Про розвиток колеса в трипільській культурі // Наук. записки ВДПУ ім. М. Коцюбинського. Серія: історія.&nbsp;— Вінниця, 2000.&nbsp;— Вип. 2.&nbsp;— С. 6-9.
* ''Бучинський М. Я., Горик О. В., Чернявський А. М., Яхін С. В.'' Основи творення машин / [за ред. О.&nbsp;В.&nbsp;Горика ({{nobr|д. т. н.}}, проф., засл. прац. нар. освіти України)].&nbsp;— Харків<nowiki> </nowiki>: Вид-во «НТМТ», 2017.&nbsp;— 448 с. : 52 іл.&nbsp;— ISBN 978-966-2989-39-7.

== Посилання ==
* [https://archive.org/details/UkrMalaEn/kn_05_К-Ком/page/n110/mode/1up?view=theater Колесо] // {{УМЕ5|сторінки=673-674}}
{{Вікіцитати1}}
{{Commons category|Wheels|Колеса}}
{{Commons category|Automobile wheels|Автомобільні колеса}}
{{wiktionary|колесо}}
* [http://hrinchenko.com/slovar/znachenie-slova/23612-koleso.html#show_point «Колесо»] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140911215720/http://hrinchenko.com/slovar/znachenie-slova/23612-koleso.html#show_point |date=11 вересня 2014 }} у Словнику української мови за ред. Б.&nbsp;Д.&nbsp;Грінченка. т. 1-4. Київ, 1958—1959. Т. 2, С.267.
* [http://www.etymonline.com/index.php?term=wheel «Wheel»] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170703044245/http://www.etymonline.com/index.php?term=wheel |date=3 липня 2017 }} in «Online Etymology Dictionary». {{ref-en}}
* [http://istorya.ru/articles/koleso.php История колеса] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20071012012929/http://istorya.ru/articles/koleso.php |date=12 жовтня 2007 }} на сайті «История ру». {{ref-ru}}
* [http://dic.academic.ru/dic.nsf/simvol/353 «Колесо»] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090605091819/http://dic.academic.ru/dic.nsf/simvol/353 |date=5 червня 2009 }} у Словнику символів. {{ref-ru}}

[[Категорія:Рушії]]
[[Категорія:Будова автомобіля]]
[[Категорія:Деталі машин]]
[[Категорія:Триботехніка]]
[[Категорія:Транспортні технології]]
[[Категорія:Колеса| ]]