Vidlice a páky nájdeme pri pohľade na rozvetvené konáre stromov, princíp lietania nám napovedia vtáky vznášajúce sa na vzdušných prúdoch. Oheň tu bol dávno pred nami a občas ho bolo a je až príliš. Na koleso otáčajúce sa okolo osi však inšpiráciu v prírode nenájdeme.
Keď ho položíme horizontálne, môžeme pomocou neho formovať hrnce, vázy, misky, poháre. Keď ho postavíme na hranu, skráti nám vzdialenosti a umožní premiestňovať náklady oveľa pohodlnejšie než nosením. Ak zapojíme viac kolies do sústavy, v ktorej sa ovplyvňujú dotykom otáčajúcich sa hrán alebo zubov, môžeme merať čas, mlieť múku či jazdiť na aute. Koleso je jedným z prelomových vynálezov v histórii ľudstva. Na rozdiel od väčšiny ostatných zásadných objavov je stopercentne dielom ľudskej predstavivosti.
Mladý starý vynález
V porovnaní s niektorými inými základnými vymoženosťami je pritom koleso až prekvapivo mladé. Vynález kolesa podľa doterajších nálezov o celé tisíce rokov predbehli napríklad ihly na šitie, tkané látky, výroba povrazov, pletenie košíkov, stavba lodí a dokonca flauta.
Pohyb otáčajúceho sa kolesa je v prírode takmer neznámym pojmom. Vedci v tejto súvislosti niekedy pripomínajú kotúľanie sa spleti niektorých druhov rastlín hnaných vetrom, pohyb niektorých mikroskopických organizmov alebo chrobákov. Lenže prvoky sa ľudskému zraku vyzbrojenému mikroskopom po prvý raz odhalili až v 18. – 19. storočí a okrem toho ani jeden z uvedených organizmov sa nepohybuje ako na kolesách – jednoducho sa sunú, prípadne sa samy otáčajú. Predstava slnka každodenne sa valiaceho ako koleso po oblohe z východu na západ je s najväčšou pravdepodobnosťou oveľa mladšia: prvé vyobrazenia slnečného disku, ktoré vyhotovovali napríklad Sumeri, Asýrčania a Chetiti, predstavovali slnko s krídlami. Slneční bohovia teda po oblohe najprv lietali ako vtáky alebo sa plavili v zlatých člnoch. Na to, aby sa mohol grécky Helios presúvať na voze ťahanom koňmi, musel najprv niekto dostať nápad nahradiť ľudské chodidlá kolesami.
Nezodpovedaná otázka
Predtým ako začalo koleso nahrádzať nohy a urýchľovať dopravu, muselo sa osvedčiť pri inej činnosti. Najstaršie známe doklady využívania kolesa pri výrobe keramiky pochádzajú z Mezopotámie z obdobia pred približne 5 500 až 6 000 rokmi, na rozhraní neolitu a bronzovej doby. Predpokladá sa, že vynález hrnčiarskeho kruhu mohol byť ešte oveľa starší, len sa o tom dosiaľ nenašli zodpovedajúce archeologické dôkazy. Podľa vedcov to bol celkom logický vývoj – pre človeka modelujúceho z hliny zaoblené nádoby bolo jednoduchšie začať otáčať stolom či podstavcom než neustále chodiť okolo neho.
Zatiaľ čo pri vynáleze hrnčiarskeho kruhu poznáme aspoň približné miesto, hoci nie presný čas, prvé využitie kolesa v doprave je zahalené tajomstvom. Isté sa zdá byť iba to, že medzi používaním hrnčiarskeho kruhu v starovekom centre Ur a prvým použitím kolesa s osou v primitívnom vozíku uplynulo niekoľko ďalších storočí, ba dokonca tisícročí. Potom sa však kolesové vozíky odrazu objavili na viacerých miestach takmer súčasne. Dôkazy o ich používaní sa našli na Blízkom východe, ale aj v Európe, v Indii a Číne. Otázka, či sa tento vynález nezávisle objavil na viacerých miestach, alebo nejaké dosiaľ nenájdené najstaršie koleso vo voze najprv anonymne v podobe idey obišlo svet a až potom po sebe na rôznych miestach zanechalo dôkazy, zostáva nezodpovedaná.
Menšie trenie
Ťahanie nákladu naloženého na vozík s kolesami je oveľa ľahšie ako ťahanie po zemi najmä preto, lebo koleso znižuje trenie. Ľudia pred vynájdením kolesa náklady prenášali ručne alebo ich ťahali na saniach, či pomocou podobných konštrukcií ako travois používaných ešte v 19. storočí pôvodnými obyvateľmi Severnej Ameriky: dve nosné tyče spojené do tvaru písmena A majú medzi sebou natiahnutú plachtu, sieť alebo pripevnenú plošinu, na ktorej leží náklad.
Koleso, ktoré sa otáča okolo osi (nápravy) v jeho strede sa namiesto jednoduchého kĺzania oprie o zem. Neznamená to, že takto medzi zemou a kolesom trenie celkom zaniká – keby sa trenie úplne odstránilo, kolesá by sa po zemi posúvali ako po ľade a nekrútili by sa. Statické trenie medzi kolesom a zemou je však oveľa menšie než trenie medzi zemou a celým nákladom vlečeným po zemi.
Jediné skutočné trenie, ktoré pri ťahaní či tlačení vozíka musí prekonávať zdroj sily – človek, ťažné zviera alebo motor –, je kinetické trenie medzi kolesami a ich nápravami. Toto trenie sa zmenšuje tým, že vnútorné plochy kolies a vonkajšie plochy náprav sú čo možno najhladšie. Ešte viac ho zmenšujú ložiská: guľky z tvrdého kovu, ktoré sa kotúľajú v priestore medzi dvoma trecími plochami. Prvé vozidlá pomáhali znižovať trenie všade tam, kde neboli k dispozícii cesty. Neprekvapí preto, že najširšie využitie nachádzali v poľnohospodárstve. Pomocným kolesom sa vylepšovali poľné zariadenia (neskôr napríklad pluhy) a namiesto noší sa začali používať jednoduché vozíky.
Valením vpred!
Keď vozík roztlačíme postupne (alebo ak vodič automobilu nedupne na plyn ihneď po naštartovaní), koleso vykonáva valivý pohyb bez toho, aby preklzovalo. Takýto pohyb v sebe kombinuje dva druhy pohybu – transláciu a rotáciu. Keď teleso vykonáva jednoduchý translačný (posuvný) pohyb, všetky jeho body sa pohybujú po rovnakých, navzájom posunutých trajektóriách a rovnakou rýchlosťou ako stred hmotnosti. Keď objekt vykonáva jednoduchý rotačný pohyb okolo stredu hmotnosti (ako koleso veterníka), všetky jeho body sa pohybujú pod pravým uhlom k polomeru v rovine kolmej na os otáčania rýchlosťou úmernou vzdialenosti od osi otáčania. Body na opačných stranách sa teda budú pohybovať opačnými smermi, body na osi otáčania sa nebudú pohybovať vôbec a body na vonkajšom okraji sa budú pohybovať maximálnou rýchlosťou.
Keď sa objekt pohybuje valivým pohybom, bod objektu, ktorý sa dotýka povrchu, je v pokoji (koleso sa v tomto bode opiera o zem) a je okamžitou osou otáčania. Stred hmotnosti objektu sa teda pohybuje určitou rýchlosťou závislou od jeho vzdialenosti od bodu dotyku (polomeru kolesa) a bod, ktorý je od bodu dotyku vzdialený najviac, sa pohybuje dvojnásobnou rýchlosťou v porovnaní s bodom v strede hmotnosti. Podľa tretieho Newtonovho pohybového zákona je reakciou povrchu na otáčajúce sa koleso sila rovnakej veľkosti ako sila kolesa, ktoré tlačí proti povrchu cesty. Výsledkom je sila statického trenia, vďaka ktorej sa koleso valí dopredu.
Na fúriku do pekla
V starovekom Grécku, odkiaľ pochádzajú jedny z najstarších nálezov poľnohospodárskych vozidiel, vznikol niekedy medzi 6. a 5. storočím pred n. l., ale najneskôr okolo roku 406 pred n. l. predchodca fúrika: kárička s jedným kolesom umiestneným v strede vyvýšenej plošiny. Niektoré grécke fúriky boli vybavené plachtami ako lode, aby im pomáhali pri jazde do kopca a z neho. Tento vynález údajne našiel využitie aj vo zvláštnom druhu osobnej dopravy: zachovali sa historické správy o vládcoch a politikoch, ktorí sa na takomto tragači buď sami rýchlo vzdialili z nepríjemnej situácie (napr. počas povstania, nepokojov alebo nepriateľského obliehania), alebo ho použili na odvoz niekoho iného.
Spomienka na fúrik ako únikové vozidlo nehodných panovníkov mala dlhý život. V stredoveku sa premenila na predstavu démonov, ktorí na fúrikoch vozia duše hriešnikov na miesto večných pekelných múk. Takéto a podobné výjavy sa objavovali na obrazoch zo 14. storočia v Anglicku a ešte aj v 16. storočí v Taliansku. Mimochodom, fúrik je tiež príkladom putovania myšlienok kontinentmi: okolo roku 100 pred n. l. ho vynašli aj Číňania.
R, foto Pixabay
