Трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися поверхностями, препятствующее их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел противоположно скорости их относительного перемещения. Различают: трение покоя – при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел и трение качения – при их движении. Если к телу находящемуся в соприкосновении с другим телом приложить вдоль линии соприкосновения постепенно увеличивающуюся от нуля силу, то движения не возникает, до того момента пока действующая сила не достигнет определённого значения. Пока не началось движение, сила трения покоя равна действующей на тело силе, то есть является переменной величиной от нуля до некоторой максимальной силы трения покоя. При превышении внешней силой этого предела, тело придёт в движение. Сила трения при этом будет оставаться постоянной, пока тело не остановится.

Возьмем деревянный цилиндр и положим его на стол так, чтобы он касался стола по образующей. В центры оснований цилиндра вставим концы проволочной вилки и прикрепим к ней снабженный очень чувствительный динамометр. Если тянуть за динамометр, то цилиндр покатится по столу. По показаниям динамометра увидим, что нужна весьма небольшая сила тяги, чтобы сдвинуть с места цилиндр и катить его равномерно дальше, гораздо меньшая, чем при скольжении того же цилиндра, если бы он не вращался и скользил бы по столу. При той же силе давления на стол сила трения качения много меньше силы трения скольжения. Например, при качении стальных колёс по стальным рельсам трение качения примерно в 100 раз меньше, чем трение скольжения. Поэтому в машинах стремятся заменить трение скольжения трением качения, применяя так называемые шариковые или роликовые подшипники.

Происхождение трения качения можно наглядно представить себе так, как показано на рисунке 1. Когда шар или цилиндр катится по поверхности другого тела, он немного вдавливается в поверхность этого тела, а сам немного сжимается. Таким образом, катящееся тело всё время как бы вкатывается на горку.

Вместе с тем происходит отрыв участков одной поверхности от другой, а силы сцепления, действующие между этими поверхностями, препятствуют этому. Оба эти явления и вызывают силы трения качения. Чем твёрже поверхности, тем меньше вдавливание и тем меньше трение качения.

Сила трения при качении зависит от той силы, с которой колесо давит на опорную поверхность, равной силе тяжести mg, и от радиуса колеса R. Коэффициент трения качения f при этом оказывается размерной величиной и измеряется в СИ в метрах. Он, как и для трения скольжения, зависит от рода соприкосающихся материалов, шершавости поверхностей, прочности и т. п.

 При качении стальных колёс по стальным рельсам трение качения примерно в 100 раз меньше, чем трение скольжения. Поэтому в машинах стремятся заменить трение скольжения трением качения, применяя так называемые шариковые или роликовые подшипники.

Для перевозки тяжелых блоков (брёвен, стволов деревьев) можно применять катки. 5-6 (или более, в зависимости от длины груза) катков подкладывается равномерно под блок. Далее блок катится по каткам, пока крайний из них не выйдет за пределы груза. Тогда его следует подложить под блок спереди и продолжать движение (рис.1).

Колесо — круглый, свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Колесо повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Широко применяется для транспортировки грузов.

Колесо существенно уменьшает затраты энергии на перемещение груза. При использовании колеса работа совершается против силы трения качения, которая обычно существенно меньше, чем сила трения скольжения. Покрышка - это отдельная от колеса деталь, дополнительная. Износ покрышек автомобилей является почти решённой проблемой. Современные покрышки проезжают свыше 100000км. Нерешённой проблемой является износ покрышек у колёс самолётов. При соприкосновении неподвижного колеса с бетонкой на скорости в несколько сотен километров в час износ покрышек - огромен.

 

Первые упоминания о колесе встречаются в Месопотамии в 4-м тысячелетии до н. э. Предшественником колеса можно считать известный до этого деревянный каток, который подкладывался под перемещаемый груз. Первоначально колесо представляло собой деревянный диск, насаженный на ось и зафиксированный клином. Изображения салазок с колесиками (зооо г. до н. э.) найдены в Междуречье в шумерском городе Урук. К 2700 году до н. э. там же появляются рисунки повозок. В это же время шумеры начинают хоронить своих царей вместе с колесницами. Эти погребения найдены в Кише, Уре, в эламском городе Сузы. Во 2-м тысячелетии до н. э. конструкция его совершенствуется: появляется колесо со спицами, ступицей и гнутым ободом. Позднее, в 1-м тысячелетии до н.э. кельтами для увеличения прочности колёс своих колесниц стали применять металлический обод, который затем в транспортных машинах был заменен резиновыми шинами для амортизации.

Несмотря на то, что колесо не было известно среди цивилизаций доколумбовой Америки, некоторые народы, например Инки, вплотную приблизились к его открытию. Также до прихода европейцев колеса не знали коренные народы Австралии и южной Африки.

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.

Важное значение колеса в хозяйственной сфере отразилось в его метафорическом обожествлении в виде «Вечного возвращения», реинкарнации и т. д.

В июле 2001 года на колесо был получен инновационный патент со следующей формулировкой: «круглое устройство, применяемое для транспортировки грузов». Этот патент был выдан Джону Кэо, юристу из Мельбурна, который хотел тем самым показать несовершенство австралийского патентного закона.