Как е изобретено колелото – и защо е било толкова невероятно
Трудно е да си представим време преди изобретяването на колелото, но много цивилизации така и не са го измислили.
Кай Джеймс: Представете си, че сте миньор на мед в югоизточна Европа през 3900 г. пр.н.е. Ден след ден влачите медна руда през задушните тунели на мината.
Примирили сте се с тежката монотонност на миньорския живот. Но един следобед виждате колега, който прави нещо удивително. С едно странно устройство той небрежно пренася товар, равен на три пъти собственото му тегло, само с еднин курс. Докато се връща за нов товар, ви осенява мисълта, че професията ви е на път да стане много по-лека и доходоносна.
Това, което не осъзнавате: ставате свидетели на нещо, което ще промени хода на историята – не само за вашата малка миньорска общност, но и за цялото човечество.
Въпреки безкрайното влияние на колелото, никой не знае със сигурност кой го е измислил, нито кога и къде се е родила идеята. Хипотетичният сценарий по-горе се базира на теория от 2015 г., според която миньори в Карпатите – днешна Унгария – за първи път са създали колелото преди близо 6000 години като средство за пренасяне на медна руда.
Теорията се подкрепя от откриването на над 150 миниатюрни колички от археолози, работещи в региона. Тези умалени, четириколесни модели били направени от глина, а външните им повърхности били гравирани с плетен десен, напомнящ на кошниците, които използвали миньорските общности тогава. Радиовъглеродният анализ показал, че това са най-старите известни модели на транспорт с колела досега.
Една противоречива идея
Отдавна се смята, че колелата са еволюирали от прости дървени цилиндри (ролки). Но доскоро никой не можеше да обясни как или защо е станала тази трансформация. Още през 60-те години някои учени започнали сериозно да се съмняват в теорията за ролките като предшественик на колелото.
В крайна сметка, за да са полезни ролките, е нужно равен, твърд терен без наклони и резки завои. Освен това, след като количката мине, използваните ролки трябва постоянно да се връщат отпред, за да продължи товарът да се движи. Заради всички тези причини ролките били рядко използвани в древността. Според скептиците, ролките били твърде редки и непрактични, за да са изходна точка за колелото.
Но мината – със затворените си, изкуствено създадени проходи – би осигурила идеални условия за използването на ролки. Този фактор, наред с други, накарал моя екип да преразгледа хипотезата за ролките.
Променящият момент
Преходът от ролки към колела изисква две ключови нововъведения. Първото е модификация на количката, която носи товара. Основата ѝ трябвало да се снабди с полукръгли гнезда, които държат ролките на място. Така, когато операторът дърпа количката, ролките се движат заедно с нея.
Това нововъведение може да е било мотивирано от ограниченото пространство в мината, където постоянното местене на използваните ролки обратно отпред би било особено трудоемко.
Откриването на ролки с гнезда бележи повратна точка в еволюцията на колелото и подготвя почвата за второто и най-важно нововъведение. Следващата стъпка включвала промяна в самите ролки. За да разберем как и защо е станало това, се обърнахме към физиката и компютърното инженерство.
Симулация на еволюцията на колелото
За да започнем нашето изследване, създадохме компютърна програма, която да симулира прехода от ролка към колело. Нашата хипотеза беше, че тази трансформация е била движена от феномена „механично предимство“. Същият принцип позволява клещите да усилват захвата на човека чрез лостово действие. По същия начин, ако можем да модифицираме формата на ролката, за да създаде механично предимство, това би увеличило тласкащата сила на човека и би улеснило придвижването на количката.
Алгоритъмът моделира стотици възможни форми на ролки и оценяваше как всяка от тях се справя, както по отношение на механичното предимство, така и на структурната здравина. Последното беше важно, за да се определи дали дадена ролка ще се счупи под тежестта на товара. Както и предвидихме, алгоритъмът в крайна сметка стигна до познатата форма колело-ос, която определи като оптимална.
Докато алгоритъмът се изпълняваше, всеки нов дизайн работеше малко по-добре от предишния. Вярваме, че подобен еволюционен процес се е разиграл и при миньорите преди 6000 години.
Не е ясно какво първоначално е подтикнало миньорите да изпробват алтернативни форми на ролките. Една възможност е, че триенето в гнездата е износило дървото около точката на контакт, водейки до леко стесняване на ролката. Друга теория е, че миньорите са започнали да изтъняват ролките, за да могат количките им да преминават над малки препятствия по земята.
Каквато и да е причината, благодарение на механичното предимство, това стесняване на оста улеснило бутането на количките. С течение на времето по-добре работещите дизайни се налагали и нови ролки се изработвали, за да имитират тези най-добри варианти.
В резултат ролките ставали все по-тънки, докато накрая останала тънка пръчка, капсулирана в двата края с големи дискове. Тази примитивна конструкция бележи раждането на това, което днес наричаме „колело“.
Според нашата теория не е имало точен момент, в който колелото е било изобретено. По-скоро, както при еволюцията на видовете, колелото се е появило постепенно чрез 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, парижки велосипедист изобретил радиалните сачмени лагери, които отново революционизирали транспорта с колела.
Иронично е, че сачмените лагери по концепция са идентични с ролките – еволюционният предшественик на колелото. Лагерите образуват пръстен около оста, създавайки подвижен интерфейс между оста и главината на колелото и така намаляват триенето. С това иновацията затваря пълния кръг на еволюцията на колелото.
Този пример също показва как еволюцията на колелото, също като емблематичната му форма, следва кръгов път – без ясно начало, без край и с безброй тихи революции по пътя.
Кай Джеймс, професор по аерокосмическо инженерство, Georgia Institute of Technology
Следвайте ни в Telegram ,Facebook, Instagram, Twitter и Youtube за интересно и мистериозно бонус съдържание
За автора: Jabba
Jabba е изследовател на непознатото, разследващ журналист по душа и ловец на истини, които официалната история предпочита да мълчи. С над 10 години опит в писането на алтернативни анализи и дълбоки разследвания.
