Археология и история 12 юни 2025 г. · 1 Коментар
Изобретението на колелото. Кредит за изображение: Bing AI / Dall-E 3
Трудно е да си представим време преди изобретяването на колелото, но много цивилизации не успяха да измислят това.
Кай Джеймс: Представете си, че сте меден миньор в Югоизточна Европа през 3900 г. пр. Н. Е. Ден след ден, когато течеш медна руда през потъналите тунели на мина.
Вие сте се примирили с изтощителната монотонност на минния живот. Тогава един следобед свидетел на колега, който прави нещо забележително.
С странно изглеждаща измишльотина той небрежно транспортира еквивалента на три пъти по-голямо телесно тегло при едно пътуване. Докато той се връща в мината, за да донесе друг товар, изведнъж на вас се забърква, че избраната от вас професия е на път да получи далеч по -малко данъци и много по -доходоносно.
Това, което не осъзнавате: сте свидетели на нещо, което ще промени хода на историята – не само за вашата мъничка минна общност, но и за цялото човечество.
Въпреки неизмеримото въздействие на колелото, никой не е сигурен кой го е измислил или кога и къде е замислен за първи път. Описаният по -горе хипотетичен сценарий се основава на теория за 2015 г., че миньорите в Карпатските планини – в днешна Унгария – за първи път измисли колелото преди близо 6 000 години като средство за транспортиране на медна руда.
Теорията е подкрепена от откриването на повече от 150 миниатюризирани вагона от археолози, работещи в региона. Тези модели с размер на пинта са направени от глина, а външните им повърхности бяха гравирани с плетенчев модел, напомнящ кошницата, използвана от минните общности по това време. По -късно въглеродните датировки разкриха, че тези вагони са най -ранните известни изображения на транспорт на колела до момента.
Тази теория също повдига въпрос от особен интерес за мен, аерокосмически инженер, който изучава науката за инженерния дизайн. Как едно неясно, научно наивно минно общество откри колелото, когато високо напредналите цивилизации, като древните египтяни, не го направиха?
Противоречива идея
Отдавна се предполага, че колелата се развиват от прости дървени ролки. Но доскоро никой не можеше да обясни как или защо се извърши тази трансформация. Нещо повече, от 60-те години на миналия век някои изследователи започнаха да изразяват силни съмнения относно теорията на ролера на колелата.
В края на краищата, за да бъдат полезни ролки, те изискват плосък, твърд терен и пътека без наклони и остри криви. Освен това, след като количката ги премине, използваните ролки трябва непрекъснато да се пренасят до предната част на линията, за да се поддържа товарният товар да се движи. Поради всички тези причини древният свят използва ролки пестеливо. Според скептиците ролерите са били твърде редки и твърде непрактични, за да са отправна точка за еволюцията на колелото.
Но мина – със своите затворени, изработени от човека проходи – би осигурила благоприятни условия за ролки. Този фактор, наред с други, принуди моя екип да преразгледа хипотезата на ролерите.
Повратна точка
Преходът от ролки към колела изисква две ключови иновации. Първият е модификация на количката, която носи товара. Основата на количката трябва да бъде оборудвана с полукрълни гнезда, които държат ролките на място. По този начин, докато операторът дърпа количката, ролките се изтеглят заедно с нея.
Тази иновация може да е мотивирана от ограничения характер на минната среда, при която периодично да се носят употребявани ролки обратно към предната част на количката, би било особено тежко.
Откриването на гнездови ролки представляваше повратна точка в еволюцията на колелото и проправи пътя за втората и най -важната иновация. Тази следваща стъпка включва промяна в самите ролки. За да разберем как и защо се случи тази промяна, се обърнахме към физиката и компютърното инженерство.
Симулиране на еволюцията на колелото
За да започнем нашето разследване, създадохме компютърна програма, предназначена да симулира еволюцията от валяк до колело. Нашата хипотеза беше, че тази трансформация се ръководи от явление, наречено „механично предимство“. Същият този принцип позволява на клещите да усилват силата на захващане на потребителя, като предоставят допълнителен лост. По същия начин, ако успеем да модифицираме формата на ролката, за да генерираме механично предимство, това би усилило натискащата сила на потребителя, което ще улесни напредването на количката.
Нашият алгоритъм работи чрез моделиране на стотици потенциални ролкови форми и оценявайки как се е представил всеки, както по отношение на механично предимство, така и по структурна якост. Последният се използва за определяне дали даден валяк ще се счупи под теглото на товара. Както беше предвидено, алгоритъмът в крайна сметка се сближи върху познатата форма на колелата и осите, която той определи да бъде оптимален.
По време на изпълнението на алгоритъма всеки нов дизайн се представи малко по -добре от своя предшественик. Вярваме, че подобен еволюционен процес се разиграва с миньорите преди 6000 години.
Не е ясно какво първоначално е подтикнало миньорите да изследват алтернативни форми на ролки. Една от възможностите е, че триенето на интерфейса на ролковия магьосник е причинило околното дърво да се износва, което води до леко стесняване на ролката в точката на контакт. Друга теория е, че миньорите започнаха да изтъняват ролките, така че техните колички да могат да преминат над малки препятствия на земята.
Така или иначе, благодарение на механичното предимство, това стесняване на района на оста улесни натискането на количките. С течение на времето по-добре изпълняващите дизайни бяха многократно предпочитани пред останалите, а новите ролки бяха изработени, за да имитират тези най-добри изпълнители.
Следователно ролките стават все по -тесни, докато всичко останало не беше стройна лента, затворена в двата края от големи дискове. Тази рудиментарна структура бележи раждането на това, което сега наричаме „колелото“.
Според нашата теория не е имало точен момент, в който е измислено колелото. По -скоро, точно както еволюцията на видовете, колелото се появява постепенно от натрупване на малки подобрения.
Това е само една от многото глави в дългата и продължаваща еволюция на колелото. Повече от 5000 години след приноса на карпатските миньори, парижкият велосипеден механик изобретява радиални топки, които отново революционизираха транспорта на колелата.
По ирония на съдбата, лагерите на топката са концептуално идентични с ролките, еволюционният предшественик на колелото. Топковите лагери образуват пръстен около оста, създавайки подвижен интерфейс между оста и главината на колелото, като по този начин заобикаля триенето. С тази иновация еволюцията на колелото се появи в пълен кръг.
Този пример показва също как еволюцията на колелото, подобно на неговата емблематична форма, проследява схемата – един без ясно начало, без край и безброй тихи революции по пътя.
Кай Джеймс, професор по аерокосмическо инженерство, Институт по технологии в Джорджия
Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (1)