Про разные колёса

В сказке В. Сутеева «Разные колёса» растяпа-Медведь построил телегу с колёсами разного размера. Телега постоянно норовила ехать «не туда», чуть не задавила самого Медведя, а в конце концов развалилась.

Сказка смешная и поучительная, но есть в ней одна неточность! На эту неточность обратил наше внимание один очень любознательный и смекалистый мальчишка. Увидев летом в деревне колёсный трактор МТЗ-82 («Беларусь»), он долго смотрел на него, а потом спросил:

– Как же этот трактор тогда ездит? Ведь у него тоже разные колёса, как в мультике!

Вот такие у нас дотошные дошкольники! Иногда взрослые смотрят в упор, а загадки не видят. А вот шестилетний мальчишка разглядел моментально! Что ж, будем разбираться.

Чтобы понять, что же произошло в случае с Медведем, и почему без проблем ездят тракторы с разными колёсами, Лучик решил просто взять и построить такую же тележку, как в мультике. Вот такой вот у него получился первый вариант:

Учебник по механике говорит нам, что одним из условий устойчивости тележки будет следующее: нижние края всех ободов колёс должны располагаться в одной плоскости. Выражаясь более простым языком, все четыре колеса должны касаться дороги (если она ровная) одновременно. Иначе тележка будет постоянно «брыкаться», как непослушная коза. Как видите, это условие у нас не выполнено: мы можем опереть тележку только на три колеса, а четвёртое при этом или повисает в воздухе, или «зарывается в землю». Да, с такой тележкой придётся туго не только Медведю!

Но почему бы тогда нам не изменить размеры только одного колеса? Того самого, которое висит в воздухе? Возможно, тогда у нас получится лучше? Делаем второй вариант тележки:

Ну что ж, первое условие мы выполнили: теперь обода всех колёс располагаются в одной плоскости. Брыкаться такая тележка уже не будет, она устойчива. Но из-за того, что все колёса разного диаметра, платформа тележки получилась под наклоном, так что любой груз с неё будет скатываться. Что ещё хуже, из-за подобного наклона будет смещён центр тяжести тележки, при этом возникает боковая сила (показана стрелкой). Во время движения вперёд эта сила будет постоянно стремиться развернуть тележку в сторону, не будет давать ей ехать прямо. Снова неудача!

Однако кто мешает нам сместить оси всех колёс по вертикали, так, чтобы платформа тележки тоже встала горизонтально, «ровно»? Да никто, собственно говоря. Пробуем:

Смотрите – получилось! Для колёс меньшего диаметра мы добавили вертикальные стойки, и телега с разными колёсами поехала, да ещё как! Даже Лучик не удержался и решил прокатиться. Так что конструкцию Медведя вполне можно «довести до ума»! Но имейте в виду: всё равно у такой тележки будут проблемы – например, в движении самое маленькое колесо будет вращаться намного быстрее самого большого, поэтому быстрее износится, выйдет из строя. Да и двигатель на такую тележку поставить (чтобы превратить её в трактор или автомобиль) будет ой как непросто. Чтобы не было проблем с двигателем, нужно, чтобы как минимум на каждой оси колёса были одинаковыми (как у трактора «Беларусь», да).

Последний вопрос: а зачем же трактору колёса разного диаметра? Дело в том, что у старых тракторов большая часть нагрузки приходилась именно на заднюю ось. Если бы задние колёса были маленькими, трактор просто застрял бы в первой же грязной луже. А вот передние колёса, рулевые, остались маленькими, потому что иначе трактористу просто не хватило бы сил поворачивать руль и управлять трактором! У тракторов современного типа все колёса одинаковые, а руль оборудован гидроусилителем – получается машина и проходимая, и надёжная, и легко управляемая!