I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПОЧЕМУ КОЛЕСО КРУГЛОЕ, А НЕ КВАДРАТНОЕ?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тарусов Д.С. 1

---

1

Харченко М.Н. 1

---

1

Работа в формате PDF

468.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение 3

История развития колеса 4

Эксперимент 7

Заключение 9

Список использованной литературы 10

Приложения 11

Введение

Глядя на окружающий мир кажется, что все окружающие нас удобства были всегда. В наше время мы не представляем себе мир без машин, велосипедов, других средств передвижения у которых есть колеса. А ведь когда то давно наши предки ходили только пешком. И кто-то из них смог додуматься до этого гениального изобретения. В природе нет существ, передвигающихся на колесах. Никакой «подсказки», никакого природного аналога не было. Люди всегда стремились к исследованию и созданию нового и вот появился один из первых механизмов - колесо. Это творение чисто человеческое. Я задался вопросом, а почему колесо круглой формы, а не квадратной?

Цель данного исследования: выяснить, почему колесо круглой формы.

Гипотеза: на круглом колесе легко и удобно ехать, потому что колесо круглой формы едет плавно и ровно, а колесо квадратной формы прыгает вверх и вниз по ровной поверхности.

В связи с этим мною были поставлены следующие задачи:

1. Изучить историю развития колеса

2. Изучить составляющие колес

3. Изучить особенности фигур круглой и квадратной формы

4. Сконструировать элементарный механизм на круглых и квадратных колесах

5. Взять ровную дорогу (стол), изготовить неровную дорогу и сделать специальную неровную дорогу для квадратного колеса

6. Провести эксперимент для подтверждения гипотезы

Объект исследования: колесо как простейший механизм.

В работе над проектом мною были использованы следующие методы исследования:

1. Анализ материала по истории колеса.

2. Конструирование дороги и колес круглой и квадратной формы.

3. Проведение эксперимента для выяснения проходимости круглого и квадратного колеса на разных дорогах.

История развития колеса

Для начала определим, что такое колесо

Колесо — круглый, свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить.

Основные детали колеса: диск, ступица, ось колеса

блок, подложив под него круглые бревна-катки. Во время езды катки тёрлись о платформу, середина их постепенно перетиралась, становилась всё тоньше, а концы оставались по-прежнему толстыми. Получалось нечто похожее на ось с двумя колесами. А когда люди заметили, что повозка на колёсах катится легче, чем на обычных катках, они стали нарочно обжигать середину бревна: чтобы оно было в середине уже, чем по краям, тогда груз не соскользнет. Следующий шаг - широкий край бревна становится все тоньше, пока не отделяется от середины. Вот оно - первое колесо. Так появились повозки на колёсах. Не только неуклюжие грузовые телеги, но и первые двухколёсные повозки, очевидно, ставились на сплошные, тяжелые, прочные колёса - скаты. Подобные колёсные пары, называемые просто скатами, только не деревянные, а стальные - и сегодня применяются человеком - это поезда метро и вагоны железной дороги, паровозы, электровозы-все они ездят по рельсам на колёсах, скреплённых неподвижно с осью,- на скатах.

И на всё это человеку потребовалось несколько тысяч лет.

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. Но эволюция колеса на этом не завершилась. В наши дни колесо не только оснастилось пневматической шиной, но и обрело колесо” в “колесе” - шарикоподшипник. Сегодня колесо докатилось даже до Луны и до Марса.

Эксперимент

Чтобы проверить гипотезу о том, что колесо круглой формы едет плавно и ровно, а колесо квадратной формы прыгает вверх и вниз по ровной поверхности, я подготовил для эксперимента:

1. построил две модели машин из деталей конструктора Lego: с круглыми и квадратными колесами

2. также для эксперимента я использовал ровную поверхность (стол)

3. сделанную из пластилина неровную дорогу

4. лист бумаги с разметкой линий, где должна находиться ось колеса и крыша машины

В ходе проведения эксперимента было выяснено:

1. машина с круглыми колесами легко и плавно едет по ровной поверхности (Приложение 2.1)

2. машина с квадратными колесами с трудом едет по ровной поверхности и при этом поднимается то вверх, то вниз (Приложение 2.2)

3. по неровной поверхности машина с круглыми колесами с трудом проезжает при этом ее качает то вверх, то вниз (Приложение 2.3)

4. машина с квадратными колесами тоже едет с трудом и поднимается то вверх, то вниз (Приложение 2.4)

Я решил узнать, а возможно ли что машина с квадратными колесами сможет проехать по какой-нибудь поверхности также ровно, как едет машина с круглыми колесами по ровной дороге? Для этого я сделал специальную дорогу. И оказалось, что машина с квадратными колесами легко едет, но только по специальной неровной поверхности, в которой есть углубления. (Приложение 3)

Почему так происходит? Чтобы ответить на этот вопрос я изучил некоторые особенности фигур круглой и квадратной формы:

1. в квадрате есть отрезки разной длины которые начинаются в центре А: например отрезок АД равен АЖ, АИ, АВ и они больше, чем равные между собой отрезки АГ, АЕ, АЗ, АБ и поэтому когда квадрат перекатывается его центр смещается вверх и вниз относительно поверхности, в зависимости от того на ребре или на углу он находится

2. в круге от центра А все отрезки одинаково удалены и поэтому когда круг перекатывается его центр остается на одинаковом расстоянии от поверхности

Заключение

Таким образом можно сделать выводы:

1. колесо как геометрическая фигура круглой формы едет ровно, не совершая колебательных движений, т.к. ее ось (центр) на всем протяжении пути всегда находится на одном расстоянии от поверхности, а вот ось (центр) квадратного колеса смещается вверх и вниз, потому что при движении по ровной поверхности получается разное расстояние до этой поверхности, когда колесо стоит на ребре или на углу. (Приложение 4)

2. колесо и круглой и квадратной формы будет скакать по любой неровной поверхности т.к. сдвигается вверх и вниз ось, на которой закреплены колеса.

3. колесо квадратной формы едет только по специально построенной для него дороге (неровной поверхности) хорошо т.к. ось не совершает колебательные движения вверх-вниз, потому что углы попадают в неровность дороги и ось колеса остается на одном уровне (Приложение 5)

Таким образом, если бы у нас были квадратные колеса для того чтобы мы ехали ровно пришлось бы строить специальные дороги. Но ведь в нашем мире в основном ездят по ровной поверхности и не надо строить специальных дорог! И поэтому на круглом колесе удобнее всего перемещаться.

Итак: я подтвердил предположение, почему колесо круглое. Ответ прост-потому, что у него нет углов и круг самая удобная форма для перемещения по дорогам Земли.

Список использованной литературы

1. Бедфорд, А. Большая книга Lego/ Пер. с англ. Игоря Лейко.-М.: Манн, Иванов Фербер, 2014.

2. Википедия, электронный ресурс, колесо: https://ru.wikipedia.org

3. Гальперштейн Л.Я. Как работают вещи: научно-популярное издание для детей.-М.: ООО «Росмэн-издат», 2001, с. 4-5.

4. Даль В. Толковый словарь. Т.2.-М.: Издательская группа «Прогресс», 1994, с.343.

5. Исследовательская работа «Круг в нашей жизни», электронный ресурс: http://festival.1september.ru

6. История колеса, электронный ресурс: http://www.worldofnature.ru

7. Хочу все знать! Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта/Пер. с англ. А. Зыковой.-М.: Эксмо, 2007, с. 175

8. Чудеса техники/ Автор-сост. Бойков Е.К.-М.: Вече, 2001, с. 74-75

Приложение 1

Приложение 2

2.1

2.2

2.3

2.4

Приложение 3

Приложение 5