Перегляд вихідного коду сторінки Коловорот (простий механізм)

[[Файл:Kolowrn.svg|thumb|250px|Схема коловорота]]
[[Файл:Wheelaxle quackenbos.gif|thumb|250px|'''Коловорот [[криниця|колодязя]]'''&nbsp;— широко відомий приклад застосування механізму коловорота.]]
{{Otheruses|Коловорот}}
{{Otheruses|Корба (значення)}}
{{перенаправлено|Ворот|Ворот (Смолевицький район)|про село в Білорусі див.}}
'''Коловорот'''<ref>{{СУМ-11|Коловорот}}</ref> або '''ко́рба'''<ref>{{СУМ-11|Корба}}</ref>, '''во́рот'''<ref>{{ВТССУМ|Ворот}}</ref>&nbsp;— це один із шести [[Простий механізм|простих механізмів]], конструкція якого була визначена кресленнями, виконаними науковцями доби [[Відродження]] за грецькими текстами на технологічну тематику.<ref>{{ref-en}}Wheel and Axle, The World Book Encyclopedia, World Book Inc., 1998, pp. 280—281</ref> Основою конструкції коловорота в цілому вважають [[колесо]], закріплене на ([[Вісь|осьовому]] валу) таким чином, що ці дві деталі рухаються разом та передають [[Механічна енергія|механічну енергію]] одна одній. У цій конфігурації&nbsp;— спеціальний [[шарнір]] або [[вальниця]] підтримують обертальний рух вала.

[[Герон Александрійський]] визначав коловорот як один із п'яти простих механізмів, що використовуються для піднімання вантажів.<ref name="Usher">{{ref-en}}{{cite book
  | last = Usher
  | first = Abbott Payson
  | authorlink = 
  | coauthors = 
  | title = A History of Mechanical Inventions
  | publisher = Courier Dover Publications
  | year = 1988
  | location = USA
  | pages = 98
  | url = http://books.google.com/books?id=xuDDqqa8FlwC&pg=PA196#v=snippet&q=wedge%20and%20screw&f=false
  | doi = 
  | isbn = 048625593X
  | accessdate = 7 грудня 2013
  | archive-date = 4 лютого 2021
  | archive-url = https://web.archive.org/web/20210204221138/https://books.google.com/books?id=xuDDqqa8FlwC&pg=PA196#v=snippet&q=wedge%20and%20screw&f=false
  }}</ref> Його також інтерпретують як різновид [[Лебідка|лебідки]], яка складається зі [[шків]]а, з'єднаного з циліндричним валом, що забезпечує наявність [[Передатне відношення|передатного відношення]], необхідного для намотування мотузки та піднімання вантажу, такого як відро води з колодязя<ref>Elroy McKendree Avery, [http://books.google.com/books?id=QOYXAAAAIAAJ&pg=PA459&lpg=PA459&dq=Elroy+McKendree+Avery,+Elementary+Physics,+New+York+:+Sheldon+%26+Company,+1878.&source=bl&ots=JgvusHHikF&sig=a95N9DzqdzSPGoel0m3TskK_sm8&hl=en&ei=iv7jTs3LFc-asgLnvNHzBQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CCcQ6AEwAQ#v=onepage&q=wheel%20and%20axle&f=false Elementary Physics] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140612205929/http://books.google.com/books?id=QOYXAAAAIAAJ&pg=PA459&lpg=PA459&dq=Elroy+McKendree+Avery,+Elementary+Physics,+New+York+:+Sheldon+&+Company,+1878.&source=bl&ots=JgvusHHikF&sig=a95N9DzqdzSPGoel0m3TskK_sm8&hl=en&ei=iv7jTs3LFc-asgLnvNHzBQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CCcQ6AEwAQ#v=onepage&q=wheel%20and%20axle&f=false |date=12 червня 2014 }}, New York: Sheldon & Company, 1878.</ref>.

Така система є різновидом [[Важіль|важеля]], із навантаженням, спрямованим по дотичній до поверхонь колеса та осьового вала, урівноважених навколо [[шарнір]]а, який виконує роль [[важіль|точки опори]]. Тому [[передатне відношення]] коловорота&nbsp;— це співвідношення відстаней від точки опори до місць докладення сили або навантаження, що в даному випадку відповідає співвідношенню радіальних вимірів колеса та осьового вала<ref>{{Cite web |url=http://vsikonstrukcii.ru/main/2.html |title=Вантажопідйомні пристрої |accessdate=8 грудня 2013 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20131208072706/http://vsikonstrukcii.ru/main/2.html |archivedate=8 грудня 2013 |deadurl=yes }}</ref><ref name="Bowser">Bowser, Edward Albert, 1890, [http://books.google.com/books?id=UdM3AAAAMAAJ&pg=PR9&dq=wheel+and+axle&hl=en&ei=w_xBTdD9IMzOgAf0tbDVAQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=9&ved=0CGAQ6AEwCA#v=onepage&q=wheel%20and%20axle&f=false  An elementary treatise on analytic mechanics: with numerous examples.] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140715014455/http://books.google.com/books?id=UdM3AAAAMAAJ&pg=PR9&dq=wheel+and+axle&hl=en&ei=w_xBTdD9IMzOgAf0tbDVAQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=9&ved=0CGAQ6AEwCA#v=onepage&q=wheel%20and%20axle&f=false |date=15 липня 2014 }} (Originally from the University of Michigan) D. Van Nostrand Company, pp. 190 {{ref-en}}</ref>.

== Історія ==
[[Файл:CapstanCrewModel.jpg|thumb|250px|Бруси, вставлені у [[кабестан]], забезпечують механізмові коловорота необхідне передатне відношення для підйому [[Якір|якоря]].]]
[[Файл:Agricola waterwheel.jpg|thumb|250px|[[Водяне колесо]] приводить в рух мотузкову [[Лебідка|лебідку]] для підйому вантажів у середньовічному [[Гірнича справа|гірництві]].]]
[[Файл:Колодец внизу.JPG|250px|thumb|Криниця з коловоротом]]
[[Файл:L-differentialwinde.png|250px|міні|Коловорот з [[Блок (механіка)|блоком]]]]
[[Файл:Gold doorknob crop.jpg|thumb|250px|Коли повернути таку [[Дверна ручка|дверну ручку]], то всередині механізму повернеться і маленький вал, призначений відтягувати язичок замка.]]
Найдавнішим чітко датованим зображенням [[Колесо|колісного]] транспортного засобу ([[віз]]&nbsp;— чотири колеса, дві осі) є зображення на [[Ваза з Броноцице|вазі з Броноцице]]&nbsp;— керамічній вазі ще з 3635-3370&nbsp;рр. до н.&nbsp;е., знайденій під час розкопок у поселенні археологічної [[Культура лійчастого посуду|культури лійчастого посуду]] на півдні Польщі<ref>{{cite book |author=Anthony, David A. |title=The horse, the wheel, and language: how Bronze-Age riders from the Eurasian steppes shaped the modern world |url=https://archive.org/details/horsewheellangua00davi |publisher=Princeton University Press |location=Princeton, N.J |year=2007 |page=[https://archive.org/details/horsewheellangua00davi/page/n39 67] |isbn=0-691-05887-3 |oclc= |doi= |accessdate=}} {{ref-en}}</ref>.

Найстаріший відомий приклад [[Дерев'яне колесо з люблянських боліт|дерев'яного колеса та його осьового вала]] був знайдений у 2002 році на люблянських болотах, за якихось 20&nbsp;км на південь від [[Любляна|Любляни]], столиці [[Словенія|Словенії]]. Відповідно до результатів радіовуглецевого датування, цьому колесу-коловороту&nbsp;— від 5100 до 5350 років. Колесо було виготовлене з ясена та дуба і мало радіус 70&nbsp;см та осьовий вал довжиною у 120&nbsp;см, виготовлений із ясена.<ref name="Slovenia">{{ref-en}}{{cite web |title=World's Oldest Wheel Found in Slovenia |url=http://www.ukom.gov.si/en/media_relations/background_information/culture/worlds_oldest_wheel_found_in_slovenia/ |month=March |year=2003 |publisher=Government Communication Office of the Republic of Slovenia |author=Alexander Gasser |accessdate=19 серпня 2010 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120714033224/http://www.ukom.gov.si/en/media_relations/background_information/culture/worlds_oldest_wheel_found_in_slovenia/ |archivedate=14 липня 2012 |deadurl=yes }}</ref>

== Передатне відношення ==
[[Простий механізм]] під назвою ''коловорот''&nbsp;— це поєднання двох дисків або циліндрів із різними діаметрами, змонтованих таким чином, що вони обертаються разом навколо однієї осі. Сила, яка прикладається до країв цих двох дисків або циліндрів&nbsp;— забезпечує необхідне [[передатне відношення]]. У випадку застосування такого механізму як [[Колесо|колеса]] транспортного засобу&nbsp;— менший циліндр є одночасно осьовим валом та віссю самого колеса, але при використанні у [[Лебідка|лебідці]], [[брашпиль|брашпилі]] або інших схожих пристроях (див. зображення середньовічного гірничого підйомника справа) менший циліндр може бути відокремленим від додаткового осьового вала, закріпленого на [[вальниця]]х<ref>Prater, Edward L. (1994), [http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents/Div_1_General/Basic_Skills/Basic%20Machines%20NAVEDTRA%2014037%201994.pdf Basic Machines] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20201106232457/http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents/Div_1_General/Basic_Skills/Basic%20Machines%20NAVEDTRA%2014037%201994.pdf |date=6 листопада 2020 }}, Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037 {{ref-en}}</ref><ref>Bureau of Naval Personnel, 1971, [http://www.webpal.org/SAFE/aaarecovery/5_simple_technology/basic_machines.pdf Basic Machines and How They Work] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160922221747/http://www.webpal.org/SAFE/aaarecovery/5_simple_technology/basic_machines.pdf |date=22 вересня 2016 }}, Dover Publications. {{ref-en}}</ref>.

Зважаючи на те, що колесо та осьовий вал не розсіюють та не зберігають в собі енергію,&nbsp;— [[потужність]], яка генерується силою, прикладеною до колеса, повинна рівнятися вихідній потужності вала. Оскільки весь механізм коловорота обертається навколо вальниць, крайні периферійні точки, або просто&nbsp;— краї колеса&nbsp;— рухаються швидше, аніж периферійні точки, або краї (окружність) осьового валу. Тому ефективне зусилля, яке прикладається до країв колеса є меншим, аніж сила, яка діє на окружність вала, адже потужність&nbsp;— це результат сили й швидкості.<ref>{{ref-en}}J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, '''Theory of Machines and Mechanisms,''' Oxford University Press, New York.</ref>

Нехай ''a'' та ''b''&nbsp;— це відстані від центра вальниці до країв колеса ''A'' та осьового валу ''B'' відповідно. Якщо до країв колеса прикладається сила ''F<sub>A</sub>'', тоді як сила ''F<sub>B</sub>''&nbsp;— є вихідною на окружності осьового валу, то відношення між швидкістю точок на краях колеса ''A'' та валу ''B'' можна виразити як ''a/b''. Таким чином відношення вихідної сили до вхідної, або [[передатне відношення]] коловорота&nbsp;— можна визначити за формулою:
: <math>MA = \frac{F_B}{F_A} = \frac{a}{b}.</math>
де
: ''MA'' = передатне відношення ({{lang-en|'''M'''echanical '''A'''dvantage}})

Передатне відношення такого простого механізму як коловорот&nbsp;— вираховується як відношення сили опору до прикладеного зусилля. Чим більшим є результат цього відношення, тим більшим є множник отримуваної сили ([[Крутний момент|крутного моменту]]) або пройденої відстані. Змінюючи радіус колеса або осьового валу, можна досягти будь-якого значення передатного відношення.<ref name="Bowser"/> Таким чином, розмір колеса (більшого диску або циліндра) можна збільшити настільки, що користуватися ним стане незручно. В такому випадку зазвичай використовується ціла система комбінацій коліс та коліщат (часто&nbsp;— зубчастих, тобто [[Зубчасте колесо|шестерень]]). Оскільки коловорот є різновидом важеля, система з декількох коловоротів є чимось на зразок складаного важеля.<ref>{{ref-en}}Baker, C.E. The Principles and Practice of Statics and Dynamics … for the Use of Schools and Private Students. London: John Weale, 59, High Holborn. 1851 pp. 26-29 [http://books.google.com/books?id=8zQDAAAAQAAJ&pg=PA26&dq=%22wheel+and+axle%22&hl=en&ei=iAgpTbOVDZKqngeK8r2xAQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=7&ved=0CEoQ6AEwBg#v=onepage&q=%22wheel%20and%20axle%22&f=false read online or download full text]
</ref>

=== Ідеальне передатне відношення ===
Ідеальне передатне відношення коловорота визначається за такою формулою:

: <math>I.M.A.= \frac {Radius_{Wheel}} {Radius_{Axle}} </math>
де
: ''I.M.A.'' = ідеальне передатне відношення ({{lang-en|'''I'''deal '''M'''echanical '''A'''dvantage}})
: ''Radius<sub>Wheel</sub>'' = радіус колеса.
: ''Radius<sub>Axle</sub>'' = радіус вала.

=== Дійсне передатне відношення ===
Дійсне передатне відношення коловорота визначається за такою формулою:

: <math>A.M.A. = \frac {R} {E_{actual}} </math>

де
: ''A.M.A.'' = дійсне передатне відношення ({{lang-en|'''A'''ctual '''M'''echanical '''A'''dvantage}})
: ''R'' = [[сила опору]], тобто, вага відра з водою у випадку коловорота колодязя.
: ''E''<sub>actual</sub> = дійсне прикладене зусилля&nbsp;— сила, необхідна для того, аби повертати колесо.

== Практичне застосування ==
Застосовується в ручних підіймальних пристроях, наприклад, для підняття відер з [[криниця|криниць]], колись широко вживався на [[будівництво|будівництві]] й [[шахтарство|шахтарстві]]. Конструкції деяких [[облогові машини|облогових машин]] і середньовічних потужних [[арбалет]]ів часто передбачали їх зведення коловоротом. Принцип цього простого механізму використовується в інструменті для свердління, який теж називається [[коловорот (інструмент)|коловоротом]].

== Див. також ==
* [[Брашпиль]]
* [[Кабестан]]
* [[Кривошип]]
* [[Лебідка]]
* [[Штурвал]]

== Примітки ==
{{references}}

== Література ==
{{Commonscat|Windlass}}
* Basic Machines and How They Work, United States. Bureau of Naval Personnel, Courier Dover Publications 1965, pp.&nbsp;3-1, [http://books.google.com/books?id=yDKzy4rKEg0C&pg=SA3-PA1&dq=%22wheel+and+axle%22&hl=en&ei=iAgpTbOVDZKqngeK8r2xAQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CDUQ6AEwAg#v=onepage&q=%22wheel%20and%20axle%22&f=false попередній перегляд у режимі онлайн] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140104170300/http://books.google.com/books?id=yDKzy4rKEg0C&pg=SA3-PA1&dq=%22wheel+and+axle%22&hl=en&ei=iAgpTbOVDZKqngeK8r2xAQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CDUQ6AEwAg#v=onepage&q=%22wheel%20and%20axle%22&f=false |date=4 січня 2014 }}

{{Прості механізми}}

[[Категорія:Транспортні технології]]